NNN第7讲：PLC控制系统设计
PLC控制系统的设计
PLC控制系统的设计一、PLC控制系统设计的基本原则1、充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控制对象的控制要求。
2、在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用和维修方便。
3、保证控制系统安全、可靠。
4、应考虑生产发展和工艺改进的需求，在选择PLC的型号、I/O点数和存储器容量等项目时应留有适当的余量，以利于系统的调整和功能扩展。
二、PLC控制系统设计的基本内容1、确定I/O设备。
根据控制系统的控制要求，确定系统的I/O设备(如按钮、开关、传感器、接触器、电磁阀、电动机等)的数量及种类。
2、选择PLC。
PLC是PLC控制系统的核心部件，选择PLC主要包括机型、容量、I/O 点数、电源模块以及特殊功能模块。
3、列出I/O设备与PLC输入、输出端子的地址分配表，便于编写控制程序、设计接线图及硬件安装。
4、设计控制程序。
控制程序设计包括设计梯形图、编制语句表和绘制控制系统流程图等。
5、编制系统的技术文件。
三、PLC控制系统的硬件与软件设计1、PLC控制系统的硬件设计1）PLC机型的选择。
PLC机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性价比。
2）PLC容量估算。
PLC的容量包括I/O点数和用户存储器容量。
I/O点数的估算要根据被控对象的输入信号和输出信号总点数，并考虑到以后调整和扩充的需要，一般应加上10%~15%的备用量。
3）I/O模块的选择。
PLC的输入模块用来检查来自现场的高电平信号，并将其转换为PLC内部所需的低电平信号。
输出模块的任务是将PLC内部低电平的控制信号转换为外部所需电平的输出信号，以驱动外部负载。
4）分配I/O点。
5）安全回路设计。
安全回路是保护负载或控制对象以及防止操作错误或控制失败而进行连锁控制的回路。
一般考虑以下几个方面：短路保护、互锁与连锁措施、失压保护与紧急停车措施、极限保护。
2、PLC控制系统的软件设计PLC控制系统的软件设计是指根据控制系统硬件结构和工艺要求，使用相应的编程语言，对用户控制程序的编制和相应文件的形成过程。
plc控制系统设计
B地启动
1
小车前进
B点行程开关闭合
2
启动2S定时
2S定时到
3
小车后退
A点行程开关闭合
4
启动5S定时
5S定时到
4 、SFC转换为梯形图
1)初始（第0）工作步的梯形图
该步的启动条件之一是其它工作步均未 工作。
第1步
第2步
第n步
第0步
当初始步的建立需要一定的条件时, 还
应将各条件的逻辑组合作为启动条件。
2.集中控制系统
上位机
PC
受控对象A 受控对象B 受控对象C
该形式系统构成简单, 相对成本低。一般用于各 受控对象位置比较集中且相互之间有一定联系的
场合。
3.分散控制系统
上位机A
上位机B
PC — A
PC—B
PC—C
受控对象A 受控对象B 受控对象C
该形式系统安全性较高, 便于维护。多用于 大型生产装置或多条流水线的控制。
V1、V2.V3均关闭，搅拌器
液体A
V1
不工作。 控制要求：按启动按钮后，
液体B
V2
V1打开，充液体A；充至I
位 H后，V1关闭，V2打开
，充液 I体B；充至H位后
，V2关闭，
L
搅拌器启动，搅拌6秒；搅 拌停止后，开V3阀排放，排 放至L位2秒后，关闭V3，
V3 M
按开停始止下按循钮环后。, 系统不立即停止工作, 须待一个循环
其它设备电源
采用UPS备用电源:
220VAC
总 电 源
UPS 控制器电源 I/O电源
其它设备电源 隔离变压器
双路供电:
双
A路 AA
路 切
PLC的控制系统设计
PLC的控制系统设计PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于工业自动化领域的控制设备，广泛应用于机械、自动化设备、流水线等系统。
PLC的控制系统设计是指对PLC进行编程和配置，使其能够按照预定逻辑完成控制任务。
1.系统需求分析和规划：在设计PLC控制系统之前，需要充分了解用户对系统的需求和要求，并进行系统规划。
这包括了解系统的输入输出信号、控制逻辑和设备之间的关系等。
2.硬件选型和布局：选择合适的PLC型号和外围设备，并进行布局。
这包括选择PLC的处理器、输入输出模块、通信模块等，并将它们安装在合适的位置。
3.编程设计：根据系统需求和规划，进行PLC的编程设计。
这需要使用相应的编程软件，按照逻辑设计控制程序。
编程涉及到使用逻辑元件、定时器、计数器等来实现控制逻辑。
4.系统联调和调试：在编程设计完成后，需要进行系统联调和调试。
这包括检查各个设备之间的连接是否正确，确保传感器、执行器等设备与PLC连接正常，并进行逻辑调试和参数调整。
5.系统验证和优化：在控制系统设计完成后，需要进行系统验证和优化。
这包括对系统进行测试，检查系统是否满足预定的需求和要求，并根据实际情况进行优化调整，提高系统的性能和可靠性。
在进行PLC的控制系统设计时，需要注意以下几个方面：1.接口设计：PLC的控制系统需要与其他设备或系统进行通信，因此需要考虑系统的接口设计。
这包括选择合适的通信方式、协议和接口标准，并考虑通信的速度、稳定性和可靠性。
2.安全设计：在PLC的控制系统设计中，安全性是一个重要的考虑因素。
需要考虑采取一些安全措施，例如设置密码访问控制、故障诊断和报警功能等，以确保系统的安全性和可靠性。
3.灵活性设计：在PLC的控制系统设计中，需要考虑系统的灵活性和可扩展性。
这意味着在设计中要考虑到未来可能的需求变化，并留有余地进行系统的扩展和升级。
4.性能优化：在控制系统的设计中，需要考虑系统的性能并进行优化。
这包括减少系统响应时间、提高系统的稳定性和可靠性，以及降低能耗等，以满足用户的需求和要求。
PLC控制系统设计
PLC控制系统设计PLC（可编程逻辑控制器）是一种常见的工业自动化设备，用于控制和管理生产过程。
PLC控制系统设计是指使用PLC来设计和实施工业自动化控制系统的过程。
本文将探讨PLC控制系统设计的重要性、设计过程中需要考虑的因素以及一般的设计流程。
PLC控制系统设计的重要性在于其能够提高生产效率和产品质量，降低生产成本和人力资源的需求。
PLC控制系统能够实时监测生产过程中的各种参数，根据设定的逻辑和指令进行自动控制和调整。
这样，不仅可以减少人工干预的错误，还可以提高生产过程的一致性和稳定性。
在PLC控制系统设计过程中，需要考虑以下几个因素。
首先要确定系统的需求和目标。
根据所需控制的过程和设备，确定系统需要实现的功能和性能。
这需要对生产过程进行详细的分析和了解，以确保系统设计符合实际需求。
其次，需要选择合适的PLC硬件和软件。
根据系统的需求，选择适当的PLC产品，并确定所需的输入输出（I/O）模块和通信接口。
此外，选择适当的PLC编程软件，如Ladder Logic（梯形图）或Structured Text （结构化文本）等。
接下来，需要进行系统的物理布局和连线设计。
根据系统的需求和设备的布置，设计合适的PLC机柜和控制面板，并确定各个I/O模块的安装位置和接线方式。
此外，还需要设计适当的电源和通信网络来支持PLC控制系统的正常运行。
然后，需要进行PLC程序的设计和编程。
根据系统的需求和逻辑，设计PLC程序的控制策略和算法。
使用PLC编程软件，按照所选的编程语言，编写和调试PLC程序。
确保程序的逻辑和功能正确，并能够正常响应各种输入和输出信号。
最后，进行系统的测试和调试。
在PLC控制系统完成后，对其进行全面的功能和性能测试。
检查系统是否按照预期工作，是否能够正确响应各种输入和输出信号。
如果需要，进行系统的调整和改进，以确保其正常运行和达到预期的控制效果。
总结而言，PLC控制系统设计是一个复杂而重要的过程。
PLC的控制系统设计
PLC的控制系统设计PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种专门用于工业控制的计算机硬件设备，它可以通过编程来自动控制机械设备或生产过程，广泛应用于制造业、自动化工程和建筑领域等。
1.确定系统需求：首先需要明确所需的控制功能和性能指标。
这包括控制的精度要求、输出信号类型和数量、输入信号类型和数量、通信接口要求、安全要求等。
只有明确了需求，才能更好地进行系统设计。
2.确定逻辑结构：PLC的控制系统需要根据具体的工业过程或设备的逻辑关系来设计合适的控制逻辑结构。
通过分析输入信号和输出信号之间的逻辑关系，确定适当的控制算法和指令。
3.编写程序：根据确定的逻辑结构，编写PLC的程序。
PLC控制程序主要包括输入信号采集、信号处理、控制算法、输出信号控制等。
4.选择合适的输入输出设备：根据系统需求和控制逻辑的要求，选择合适的输入输出设备。
输入设备可以包括传感器、开关、按钮等，输出设备可以包括电磁阀、电机、显示屏等。
根据不同的应用需求，选择适当的设备类型和规格。
5.进行系统集成：将PLC系统与其他设备进行连接和集成。
通过合适的通信接口和协议，实现与其他设备的数据交换和控制。
6.调试和优化：在完成系统集成后，进行系统的调试和优化。
通过模拟各种操作和异常情况，检查系统的性能和稳定性。
根据实际应用情况，对系统进行调整和优化，以达到最佳的控制效果。
在PLC控制系统设计过程中，需要充分考虑安全性、稳定性、可靠性和可扩展性等因素。
合理的设计可以提高系统的运行效率和生产效益，降低故障率和维护成本。
总结起来，PLC的控制系统设计是一个综合性的工程项目，需要从需求确定、逻辑结构设计、程序编写、设备选择、系统集成、调试优化等多个方面进行考虑和实施。
不同的应用场景和需求需要采用不同的设计方法和技术手段，以达到满足实际应用需求的控制效果和性能要求。
7、PLC控制系统设计内容及步骤
7.4 程序设计的方法与过程 1设计方法 • 时序流程图法：
时序流程图法是首先画出控制系统的时序图，再根据时序关系 画出对应的控制任务的程序框图，最后把程序框图写成PLC程序 。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。 • 步进顺控法：
一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序 段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从这个角度去 看，一个复杂的系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统 控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成 对各个步的控制。 • 经验法编程
操作方便； ③ 保证控制系统工作安全可靠； ④ 为系统的扩展和改进，应考虑设计余量。
二、PLC控制系统设计的内容
① 拟定控制系统设计的技术条件； （技术条件通常以设计任务书的形式来确定，它是整个 设计的依据）
② 选定电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构； ③ 选定PLC的型号； ④ 编制PLC的输入/输出（I/O）分配表并绘制PLC的外部
2、I/O分配表
I/O 位 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 X0 X1 X2 X3 X4
现场装置 电磁阀 电磁阀 电磁阀 电磁阀 电磁阀 按钮 行程开关 行程开关 行程开关 行程开关
注释 竖直缸下降 夹爪夹紧 竖直缸上升 水平缸右移 水平缸左移
启动 竖直缸下限位 竖直缸上限位 水平缸右限位 水平缸左限位
S27 Y4 左移 X4 左限位
4 建立输入输出变量表
（1） 输入输出点信号名称定义
输入/输出点名称定义要简短，明确，合理。下面提出逻辑变 量在名称定义时应当注意的问题。 •信号的有效状态
有些信号在“1”状态有效，有些信号在“0”状态有效。在名称 定义上也有对“1”信号有效还是对“0＂信号有效的问题。
PLC控制系统的设计
PLC控制系统的设计PLC控制系统的设计是工业自动化领域的重要内容之一，它通过使用可编程逻辑控制器（PLC）来实现工程和机械设备的自动化控制。
本文将详细介绍PLC控制系统的设计过程，包括系统需求分析、硬件选型、软件编程、系统调试和优化等方面。
第一步是进行系统需求分析。
在设计PLC控制系统之前，首先要明确系统的功能需求和性能指标。
这包括了系统应该实现的功能、控制的对象、输入输出信号的种类和数量、系统的响应速度等。
需求分析的目的是确保系统的设计满足用户的实际需求，避免在后期出现大规模的修改和变更。
第二步是进行硬件选型。
根据系统需求分析的结果，选择合适的PLC设备和外围设备。
PLC设备的选择应考虑其运算速度、内存容量、输入输出接口种类和数量、可靠性等因素。
外围设备可以包括传感器、执行器、人机界面等，其选择应与PLC设备相匹配，确保系统的稳定性和可靠性。
第三步是进行软件编程。
PLC控制系统的编程是实现系统功能的核心环节。
根据系统需求和硬件选型结果，设计PLC程序的框图和流程图，确定系统的控制逻辑和运算模型。
然后，使用PLC编程工具，如梯形图、函数图、指令列表等，将程序转化为PLC可识别的代码。
编程过程中，应注意代码的结构清晰、逻辑正确，并注重代码的可维护性和可复用性。
最后一步是系统的优化。
系统的优化是在保证功能满足需求的前提下，提高系统的性能和可靠性。
优化的方法包括调整控制参数、改进控制算法、优化输入输出接口等。
通过不断调试和优化，使系统达到预期的工作效果，并符合用户的要求和期望。
总之，PLC控制系统的设计是一个复杂而细致的过程，需要综合考虑多个因素，如系统需求、硬件选型、软件编程、系统调试和优化等。
只有合理规划和设计，才能保证PLC控制系统的稳定性、可靠性和高效性。
PLC控制系统设计步骤_设计实例 PPT
主程序的控制流程
PLC运行
总起动 N
Y
1号起动 N
1号温控 Y
2号起动 N
Y
2号温控
总停止 N
Y
PLC停止
图7-8 窑温数字量输出控制程序流程图
PLC控制系统设计步骤_设计实例
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控制算法 用模糊控制算法去控制。其控制规则有： ➢如果检测温度低于设定值的50％，则进气阀门打开的占空比为100％； ➢如果检测温度在设定值的50％～80％之间，则进气阀门打开的占空比为70％； ➢如果检测温度在设定值的80％～90％之间，则进气阀门打开的占空比为50％； ➢如果检测温度在设定值的90％～100％之间，则进气阀门打开的占空比为30％； ➢如果检测温度在设定值的100％～102％之间，则进气阀门打开的占空比为10％； ➢如果检测温度高于设定值的102％，则进气阀门打开的占空比为0％。
5．程序设计
MAIN：主程序如图7-9所示。 SBR_0：子程序1如图7-10所示。 SBR_1：子程序2略
PLC控制系统设计步骤_设计实例
15
主程序
//主程序 //打开总进气阀 //关闭总进气阀 //打开总排气阀
EM221 · 2M 0.4 0.5 0.6 0.7
ST1 ST2 ST3 ST4 ST5 ST6 ST7 ST8
启动 停止
DC24V
图7-4 呼车控制系统I/O接线图
SB5 SB6 SB7 SB7
PLC控制系统设计步骤_设计实例
7
5．程序设计
主程序 段子程序
//小车启停控制
//调子程序0
PLC控制系统设计步骤_设计实例
12
模拟量输入
PLC控制系统设计步骤_设计实例
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7.2 PLC的选择
4. 模拟量I/O模块选择
模拟量输入（A/D）模块是将现场由传感器检测而产生的连 续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量； 模拟量输出(D/A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信 号输出。
典型模拟量I/O模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等， 可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
（2）对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出， 它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体 管输出只能用于直流负载。 （3）驱动能力：应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模 块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直 接驱动，可增加中间放大环节。
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7.2 PLC的选择
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7.2 PLC的选择
3. 开关量输出模块选择
有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。
（1）继电器输出：价格便宜，可以驱动交、直流负载，适用电 压大小范围较宽、导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力 较强，但动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不超过 1Hz）、寿命较短、可靠性较差，只适用于不频繁通断的场合。
第七讲：PLC控制系统设计
1.设计原则与步骤 2.PLC的选择 3.PLC与I/O设备的连接 4.减少I/O点数措施
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7.1 设计原则与步骤
1. 设计原则
(1) 最大限度地满足控制要求
充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求， 是设计中最重要的一条原则。设计人员要深入现场进行调查研究， 收集资料。同时要注意和现场工程管理和技术人员及操作人员紧 密配合，共同解决重点问题和疑难问题。
(4) 分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
• 分配I/O点：画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对 应关系表。 • PLC外围硬件线路：画出系统其它部分的电气线路图，包括主 电路和未进入PLC的控制电路等。 • 由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统电气原理图
(5) 程序设计
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7.4 减少I/O点数措施
1. 分组输入 2. 组合输入-对于不会同时接通的
输入信号，可采用组合编码的方式
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7.4 减少I/O点数措施
3. 矩阵输出
采用矩阵输出时，必须要 将同一时间段接通的负载安排 在同一行或同一列中，否则无 法控制。
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7.4 减少I/O点数措施
4. 分组输出
（1）除了PLC输入和输出共用同一电源外，输入公共端与输出公 共端一般不能接在一起； （2）PLC的晶体管和晶闸管型输出都有较大的漏电流，尤其是晶 闸管输出，将可能会出现输出设备的误动作。所以要在负载两端 并联一个旁路电阻，旁路电阻R的阻值估算可由下式确定：
UON是负载的开启电压（V），I是输出漏电流（mA）
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7.2 PLC的选择
2. 开关量输入模块选择
（1）输入信号的类型 有直流输入、交流输入和交流／直流输入三种类型。选择时 主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟 时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连
接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境。
（2）电压等级 开关量输入模块的电压等级有：直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48 Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。选择时主要根据现场输入设 备与输入模块之间的距离来考虑。一般5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于传 输距离较近场合，如5Ｖ输入模块最远不得超过１０米。距离较 远的应选用输入电压等级较高的。
（2）安装方式的选择
安装方式有集中式、远程I／O式以及多台PLC联网的分布式。 （3）相应的功能要求
（4）响应速度要求
（5）系统可靠性的要求 对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备 用系统。
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7.2 PLC的选择
（6）机型尽量统一 便于备品备件的采购和管理；有利于技术力量的培训和技术 水平的提高，外部设备通用，资源可共享，易于联网通信。 （7）I／O点数的选择 在满足控制要求的前提下力争使用的I／O点最少。需要加上 10％~15％的裕量。 （8）存储容量的选择 在I／O点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20 ％~30％的裕量。 存储容量(字节)＝开关量I/O点数×10 ＋ 模拟量I/O通道数×100
当两组输出设备或负载不 会同时工作，可通过外部转换 开关或通过受PLC控制的电器 触点进行切换，所以PLC的每 个输出点可以控制两个不同时 工作的负载。
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本讲结束，谢谢！
Thanks for giving comments !
机电工程学院
一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接 接收低电平信号（如RTD、热电偶等信号）
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7.2 PLC的选择
5. 特殊功能模块选择
PLC厂家相继推出了一些具有特殊功能的I/O模块，有的还 推出了自带CPU的智能型I/O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、 位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。
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7.2 PLC的选择
（3）输入接线方式 主要有汇点式和分组式两种接线方式
（4）注意同时接通的输入点数量
对于选用高密度的输入模块(如32点、48点 等)，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超 过输入点数的60％。 （5）输入门槛电平 门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距 离也越远，具体可参阅PLC说明书。
4. PLC与传感器类设备的连接
I --传感器的漏电流（mA）
UOFF--PLC输入电压低电平的上限值（V）
输入阻抗（KΩ）
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7.3 PLC与I/O设备的连接
5. PLC与输出设备的一般连接
6. PLC与感性输出设备的连接
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7.3 PLC与I/O设备的连接
6. 其他注意事项
6. 电源模块选择
电源模块选择仅对于模块式结构的PLC而言，对于整体式PLC 不存在电源的选择。电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流 和电源输入电压。
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7.3 PLC与I/O设备的连接
1. PLC与主令电器类设备的连接
2. PLC与拨码开关的连接
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7.3 PLC与I/O设备的连接
3. PLC与旋转编码器的连接
包括控制程序；初始化程序；检测、故障诊断和显示等程序； 保护和连锁程序。
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7.1 设计原则与步骤
(6) 硬件实施
• 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图；
•
•
设计系统各部分之间的电气互连图；
根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。
(7) 联机调试
该过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设 备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件 和程序作调整。全部调试完毕后，交付试运行。
(2) 确定输入／输出设备
根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如： 按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如： 接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与 PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
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7.1 设计原则与步骤
(3) 选择PLC
包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择
(8) 整理和编写技术文件
技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气 元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。
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7.2 PLC的选择
1. 机型选择
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维 护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。主要考虑以下几点： （1）合理的结构型式 PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。
(2) 保证系统的安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计 控制系统的重要原则。
(3) 力求简单、经济、使用与维修方便 (4) 适应发展的需要
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7.1 设计原则与步骤
2. 设计步骤
(1) 分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、 电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求， 确定控制方案，拟定设计任务书。